4. Роль метилирования днк в канцерогенезе

4.1 Мутации метилированной днк

Метилированные CpG динуклеотиды представляют собой горячие точки для мутации. Особенно важно это свойство в случае инактивирующих мутаций генов-супрессоров. Анализ ассоциации мутаций гена-супрессора р53 с сайтами метилирования показал, что в 25% всех проанализированных опухолей мутации р53 происходят именно в сайтах метилирования. В случае колоректального рака, частота подобных мутаций достигает 50%. Так как до сих пор не обнаружен внешний фактор, способный привести к этому эффекту, считается, что мутации метилированных цитозинов происходят вследствие эндогенных внутриклеточных процессов.

Как правило, наличие подобных горячих точек объясняется предрасположенностью 5-метил-цитозинов к спонтанному гидролитическому деаминированию, приводящему к превращению цитозина в тимин. Однако ошибки процесса метилирования также могут вносить свой вклад в повышение частоты мутаций. Было показано, что ДНК метилтрансферазы способны приводить к превращению цитозина в урацил в случае недостатка S-аденозилметионина. Более того, Ебра и Бхават показали, что активный центр метилтрансферазы способен конвертировать 5-метил-цитозин в тимидин.

Участие ДНК метилтрансфераз в мутагенезе подразумевает наличие повышенной экспрессии фермента, пониженной концентрации S-аденозилметионина и снижения активности соответствующей системы репарации. Действительно, было показано, что активность метилтрансфераз повышена в опухолевых клеточных линиях в 4-3000 раз по сравнению с нормальными тканями, однако наличие биохимических условий необходимых для превращения цитозина в тимин или урацил пока не было показано.

Снижение среднего уровня метилирования ДНК в опухолевых клетках

Снижение общего уровня метилирования в опухолевых клетках было обнаружено более десятилетия назад. В различных экспериментальных моделях было показано, что снижение общего количества метильных групп происходит на ранних стадиях канцерогенеза, предшествуя развитию опухоли. Исходя из экспериментов, продемонстрировавших, что снижение количества доноров метильных групп в пище приводит к развитию опухолей печени у крыс, было предположено, что снижение метилирования ДНК напрямую связано с процессом канцерогенеза.

Несмотря на чёткую ассоциацию снижения общего уровня метилирования ДНК со спонтанными и индуцированными опухолями, роль этого изменения не ясна. В 1983 Файнберг и Фогельштайн представили данные о снижении метилирования в промоторах онкогенов c-Ha-ras и c-Ki-ras в опухолях легкого и толстого кишечника. На основании этих данных было предположено, что активация онкогена является канцерогенным результатом снижения метилирования ДНК. Однако эта гипотеза не была подтверждена достаточным количеством экспериментальных данных.

Альтернативная гипотеза была предложена Шмидтом, который наблюдал нарушение динамики хромосом при репликации после снижения общего уровня метилирования ДНК с помощью обработки клеток 5-аза-2'-деоксицитидином. Шмидт предположил, что деметилирование ведёт к нарушению структуры хромосом, что в слою очередь, приводит к злокачественной трансформации.